Chapter 9 真核基因表達(dá)調(diào)控

Chapter9真核基因表達(dá)調(diào)控9.1概述9.2DNA水平的調(diào)控9.3轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控9.4轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控9.5翻譯水平的調(diào)控9.1概述真核生物和原核生物的基因表達(dá)調(diào)控存在巨大差別，這是由兩者的基因組的構(gòu)成特點(diǎn)和基本生活方式的差異所決定的。9.1.1真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)首先，從基因組的構(gòu)成來(lái)看，真核生物的基因數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)比原核生物多，且大多數(shù)基因含有內(nèi)含子；基因組中除了基因之外，還含有數(shù)量龐大的重復(fù)序列和單一序列，有的對(duì)基因的表達(dá)產(chǎn)生影響?；蚪MDNA與組蛋白包裝成核小體，直至更高級(jí)的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合很多非組蛋白。這些都對(duì)表達(dá)調(diào)控產(chǎn)生影響。其次，從基因表達(dá)特點(diǎn)來(lái)看，真核生物中，轉(zhuǎn)錄和翻譯分別在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，不存在偶聯(lián)，因而不具有衰減調(diào)控機(jī)制，但是絕大多數(shù)mRNA都要經(jīng)過(guò)拼接加工才能成熟，真核細(xì)胞在這一層次存在相應(yīng)的調(diào)控機(jī)制。真核細(xì)胞的mRNA的壽命一般較長(zhǎng)，為翻譯調(diào)控提供了很大余地。所以，與原核細(xì)胞的表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平相比，真核生物基因表達(dá)的調(diào)控范圍更廣，包括DNA水平（基因拷貝數(shù)和重排）、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平（RNA的加工和運(yùn)輸）、翻譯水平、翻譯后水平等，但仍以轉(zhuǎn)錄水平為最主要的調(diào)控方式。第三，從生長(zhǎng)發(fā)育角度來(lái)看，真核生物個(gè)體發(fā)育從一個(gè)受精卵開(kāi)始，經(jīng)過(guò)細(xì)胞的分裂、生長(zhǎng)、分化產(chǎn)生各種類(lèi)型的細(xì)胞和組織器官，是細(xì)胞中不同類(lèi)別的基因表達(dá)的結(jié)果，是按照特定的“計(jì)劃”在特定的時(shí)間和特定的部位，對(duì)不同類(lèi)群的基因不斷進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控才實(shí)現(xiàn)的。這樣個(gè)體發(fā)育就呈現(xiàn)出嚴(yán)格的時(shí)空特性。而原核生物則是同一群體內(nèi)，各個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)基本一致。第四，原核生物一般為單細(xì)胞，直接與外界環(huán)境接觸，只要養(yǎng)分充足，條件合適，就能無(wú)限生長(zhǎng)繁殖。所以，其表達(dá)調(diào)控的主要目的，就是使細(xì)胞能夠適應(yīng)環(huán)境。群體中每個(gè)細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)都是直接的、一致的。真核生物（除酵母等單細(xì)胞生物外）是多細(xì)胞組成的復(fù)雜的有機(jī)體，不同的細(xì)胞對(duì)外部環(huán)境變化的的反應(yīng)不同，只有一小部分細(xì)胞的基因表達(dá)受外部環(huán)境條件的影響和控制，其他細(xì)胞的基因表達(dá)或間接受到影響，或是基本不受影響。這一特點(diǎn)保證了真核生物的許多重要器官或組織在千變?nèi)f化的環(huán)境下維持正常的生物功能。此外，真核生物的調(diào)控以正調(diào)控為主，原核生物的調(diào)控以負(fù)調(diào)控為主。附：真核生物與原核生物在基因組結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄、翻譯等方面存在的差異1、真核細(xì)胞的DNA與組蛋白和非組蛋白形成染色體，進(jìn)少量DNA稱(chēng)裸露狀態(tài)；而原核生物DNA上只有少量蛋白結(jié)合。2、高等真核生物的DNA很大一部分是不轉(zhuǎn)錄的，存在大量的重復(fù)序列，基因中有內(nèi)含子存在；原核生物基本不具備這樣的特點(diǎn)。3、真核生物可根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育等需要進(jìn)行DNA的重排，還能特異地增加某些基因的拷貝數(shù)（基因擴(kuò)增）；原核細(xì)胞一般不具備這樣的能力。4、原核細(xì)胞中基因的調(diào)控區(qū)一般很小，且多位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游不遠(yuǎn)處，往往通過(guò)直接與RNA聚合酶相互作用來(lái)影響轉(zhuǎn)錄；而真核細(xì)胞中基因的調(diào)控區(qū)域往往較大，調(diào)控因子一般通過(guò)調(diào)控區(qū)DNA構(gòu)象的改變來(lái)影響RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合。5、真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在空間上是分隔開(kāi)的，分別在核內(nèi)和胞質(zhì)中進(jìn)行；而原核細(xì)胞內(nèi)由于沒(méi)有明顯的空間分隔，轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)。6、絕大多數(shù)情況下，真核生物一條成熟的mRNA只能翻譯出一條肽鏈；而原核生物mRNA中有許多是多基因的。7、真核生物的基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯之間有一個(gè)復(fù)雜的處理有內(nèi)含子的剪接過(guò)程；而原核生物則沒(méi)有。根據(jù)調(diào)控的可逆與否，真核生物的基因表達(dá)調(diào)控可以分為瞬時(shí)調(diào)控（或稱(chēng)可逆調(diào)控）與發(fā)育調(diào)控（或稱(chēng)不可逆調(diào)控）。前者相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)外部環(huán)境所做出的反應(yīng)，包括底物和激素水平的變化，以及細(xì)胞周期不同階段酶活性的調(diào)節(jié)。

后者是真核細(xì)胞調(diào)控的核心內(nèi)容，它決定了真核細(xì)胞生長(zhǎng)分化發(fā)育的的過(guò)程。9.1.2真核生物基因表達(dá)調(diào)控的類(lèi)型

DNA和染色體水平的調(diào)控

轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后RNA加工過(guò)程和運(yùn)送中的調(diào)控

翻譯水平的調(diào)控

翻譯后的控制9.1.3真核生物基因表達(dá)調(diào)控的層次Figure9.1調(diào)控環(huán)節(jié)9.1.4研究表達(dá)調(diào)控時(shí)應(yīng)著重關(guān)心的問(wèn)題：誘發(fā)調(diào)控的信號(hào)調(diào)控主要發(fā)生在哪一步調(diào)控的分子機(jī)制調(diào)控的結(jié)果9.1.5轉(zhuǎn)錄組、持家基因和奢侈基因轉(zhuǎn)錄組（transcriptome）是指在一種細(xì)胞、組織或生物中的全套的RNA。其復(fù)雜程度主要源于mRNA，但也包括非編碼RNA。ThetranscriptomeisthecompletesetofRNAspresentinacell,tissue,ororganism.ItscomplexityisduemostlytomRNAs,butitalsoincludesnoncodingRNAs.持家基因（housekeepinggene,constitutivegene）是指那些（理論上）在所有細(xì)胞類(lèi)型都表達(dá)的基因，賦予各種細(xì)胞維持所需的基本功能。Housekeepinggenes

(Constitutivegene)arethose(theoretically)expressedinallcellsbecausetheyprovidebasicfunctionsneededforsustenanceofallcelltypes.奢侈基因（luxurygenes）是指這樣一類(lèi)基因，它們的編碼產(chǎn)物承擔(dān)特定功能，在特定的細(xì)胞中大量合成。

Luxurygenesarethosecodingforspecializedfunctionssynthesized(usually)inlargeamountsinparticularcelltypes.由于持家基因和奢侈基因在各種細(xì)胞類(lèi)型中的功能、表達(dá)范圍和表達(dá)強(qiáng)度不同，因此，細(xì)胞對(duì)這兩大類(lèi)基因的調(diào)控途徑和機(jī)制也存在差異。個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，表達(dá)的基因數(shù)目逐步減少。比如：海膽卵18000種mRNA囊胚階段13000種mRNA原腸胚階段8500種mRNA幼蟲(chóng)階段7000種mRNA特化的管足和腸2500~3000種mRNA9.1概述9.2DNA水平的調(diào)控9.3轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控9.4轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控9.5翻譯水平的調(diào)控9.2DNA水平的調(diào)控基因組DNA在體細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中一般是沒(méi)有變化的，但在某些情況下，會(huì)自然地發(fā)生序列在基因組內(nèi)部移動(dòng)，或者被修飾、擴(kuò)增甚至丟失等現(xiàn)象，導(dǎo)致基因表達(dá)的變化。重排和特異序列的丟失現(xiàn)象在低等真核細(xì)胞中較為常見(jiàn)，這類(lèi)變化一般只涉及體細(xì)胞（但也有某些有機(jī)體在生殖周期涉及全部或一套染色體的丟失）。9.2.1基因丟失在細(xì)胞分化過(guò)程中，通過(guò)丟掉某些基因而除去這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線(xiàn)蟲(chóng)、昆蟲(chóng)和甲殼類(lèi)動(dòng)物，在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，許多細(xì)胞常常丟失整條或部分染色體，只有將來(lái)分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套染色體。高等真核生物尚未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的基因丟失現(xiàn)象。

馬蛔蟲(chóng)受精卵只有一對(duì)染色體，上面有多個(gè)著絲點(diǎn)。發(fā)育的早期階段，只有一個(gè)著絲點(diǎn)發(fā)揮作用，保證有絲分裂正常進(jìn)行。發(fā)育的一定階段后，在將來(lái)分化產(chǎn)生體細(xì)胞的細(xì)胞中，染色體破碎，形成許多小染色體。其中有的小染色體含有著絲點(diǎn)，它在以后細(xì)胞分離中將保持下去；有的小染色體不含著絲點(diǎn)，它們因不能在細(xì)胞中正常分配而丟失。在將來(lái)形成生殖細(xì)胞的細(xì)胞中，不存在染色體破碎現(xiàn)象。9.2.2基因擴(kuò)增（geneamplification）一、rDNA的擴(kuò)增

基因擴(kuò)增是指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)特異性的大量增加的現(xiàn)象，是細(xì)胞在短期內(nèi)為滿(mǎn)足某種需要而產(chǎn)生足夠基因產(chǎn)物的一種調(diào)控手段。比較清楚地例子是兩棲類(lèi)和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞rRNA基因（rDNA）的擴(kuò)增。編碼rRNA的基因成簇rDNA分布。形成核仁組織區(qū)。每個(gè)重復(fù)單位包括編碼區(qū)域和非編碼區(qū)域，而編碼區(qū)域又包括幾種rRNA的基因。Figure9.2非洲爪蟾體細(xì)胞中rDNA的拷貝數(shù)為500，而其卵母細(xì)胞通過(guò)擴(kuò)增rDNA，使其拷貝數(shù)達(dá)2000000個(gè)，以轉(zhuǎn)錄大量的rRNA，滿(mǎn)足這一時(shí)期所需要的1012個(gè)核糖體的合成。擴(kuò)增后，新形成的rDNA不是一條長(zhǎng)鏈串聯(lián)重復(fù)序列，而是以大小不均的環(huán)狀DNA分子的形式出現(xiàn)，絕大多是環(huán)狀分子含有兩個(gè)以上的rDNA拷貝，其中的基因未必轉(zhuǎn)錄，但總的趨勢(shì)是因拷貝數(shù)的增加而使表達(dá)水平提高。并且，與基因組中rDNA各個(gè)拷貝之間的間隔區(qū)域大小不一致正好相反，同一個(gè)環(huán)狀rDNA分子的各個(gè)拷貝的間隔大小完全一致；但不同環(huán)狀rDNA分子的間隔大小個(gè)各不相同。表明同種環(huán)狀rDNA分子可能來(lái)源于基因組上的一個(gè)rDNA拷貝。一般認(rèn)為，擴(kuò)增時(shí)，基因組上的一個(gè)rDNA重復(fù)單位（包括轉(zhuǎn)錄區(qū)和間隔區(qū)）被切除下來(lái)，兩頭連接成環(huán)，并以之為模版，進(jìn)行滾環(huán)復(fù)制。需指出的是，基因組中各個(gè)rDNA重復(fù)單位的擴(kuò)增頻率并不一致，有的重復(fù)單位不擴(kuò)增。卵母細(xì)胞成熟時(shí)，擴(kuò)增停止，擴(kuò)增的rDNA開(kāi)始降解。果蠅中也存在基因擴(kuò)增作用。二、二氫葉酸還原酶基因的擴(kuò)增

除上述正常情況下因發(fā)育產(chǎn)生的基因擴(kuò)增外，外界環(huán)境因素還可以引起基因擴(kuò)增。

氨甲喋呤（methotrexate,mtx）是二氫葉酸還原酶（DHFR）的抑制劑，可阻止細(xì)胞中葉酸的代謝。酶的突變可以賦予細(xì)胞相應(yīng)抗性，此外：

細(xì)胞還可以通過(guò)擴(kuò)增來(lái)增加dhfr的數(shù)目，獲得抗性。發(fā)生擴(kuò)增的頻率遠(yuǎn)高于自發(fā)突變，達(dá)10-4-10-6。類(lèi)似的擴(kuò)增現(xiàn)象已在>20基因中發(fā)現(xiàn)。大多數(shù)的擴(kuò)增現(xiàn)象有一個(gè)共同特點(diǎn)：高抗性的細(xì)胞很難一步獲得，而是隨著毒性試劑的計(jì)量逐漸增高，細(xì)胞細(xì)胞逐漸適應(yīng)，才能得到。所以，這類(lèi)擴(kuò)增可能經(jīng)過(guò)幾步才實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)增通常只發(fā)生在兩個(gè)dhfr等位基因中的一個(gè)。擴(kuò)增程度的提高可使細(xì)胞的抗性進(jìn)一步增高。抗性細(xì)胞中擴(kuò)增出來(lái)的dhfr拷貝數(shù)的多少取決于選擇壓力和細(xì)胞株自身，從40至400不等。根據(jù)細(xì)胞對(duì)撤除選擇壓力的反應(yīng)，mtxr

抗性細(xì)胞株分作兩類(lèi)：

穩(wěn)定系——能夠遺傳下去，因?yàn)閿U(kuò)增的基因位于染色體，即發(fā)生整合。通常位于一條染色體的dhfr位置，而同源染色體仍保持單拷貝的dhfr不變。

非穩(wěn)定系——擴(kuò)增的基因以染色體外形式（extrachromosomalunit）存在，不能穩(wěn)定遺傳，選擇壓力撤除后，擴(kuò)增的基因至少要丟失一部分。擴(kuò)增的基因以?xún)煞N方式存在：穩(wěn)定系非穩(wěn)定系Figure9.3在染色體上，基因擴(kuò)增的效果是可見(jiàn)的。穩(wěn)定系中，dhfr基因座可通過(guò)同源染色區(qū)域看到（homogeneouslystainingregion，HSR）。非穩(wěn)定系，染色體無(wú)變化，但可見(jiàn)大量的稱(chēng)作雙小染色體（double-minutechromosome）的染色體外成分。一般每個(gè)雙微染色體含有2-4個(gè)dhfr基因。Figure9.4Figure9.5

雙微體（doubleminute）可能是自我復(fù)制，但因缺乏著絲點(diǎn)，所以不能正確分配，導(dǎo)致在子代細(xì)胞中消失，細(xì)胞不能存活，只有那些仍保有雙微體的子代細(xì)胞才能存活。這就是這種擴(kuò)增方式不能穩(wěn)定遺傳的原因。

雙微體的存在會(huì)使分裂速率降低，所以，一旦撤出選擇壓力，缺乏擴(kuò)增基因的細(xì)胞就表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，快速增殖，占據(jù)群體。這就解釋了為何只有在氨甲喋呤處理時(shí)，細(xì)胞才能保持基因擴(kuò)增狀態(tài)。由于分離的不均勻，可能就會(huì)使某些細(xì)胞在每次分離時(shí)獲得的雙微體比平均數(shù)目要多。隨著氨甲喋呤濃度的提高，就能選擇出含有大量雙微體的細(xì)胞。這就解釋了非穩(wěn)定系細(xì)胞為何是逐步獲得抗性的，以及為何在不同的非穩(wěn)定系中，dhfr擴(kuò)增數(shù)目是不一致（連續(xù)波動(dòng)）的。穩(wěn)定系和非穩(wěn)定系的生成都是在長(zhǎng)時(shí)間選擇后才獲得的，那么擴(kuò)增是怎樣起始的呢？短時(shí)間的選擇后，絕大多數(shù)表現(xiàn)出抗性的細(xì)胞都是非穩(wěn)定的。形成染色體外拷貝的頻率遠(yuǎn)多于染色體內(nèi)擴(kuò)增。擴(kuò)增在雙微體形成或染色體發(fā)生變化前的極早期，可以觀測(cè)到擴(kuò)增的基因呈染色體外很小的單位，這表明抗性的獲得主要是由于染色體外重復(fù)單位的產(chǎn)生。

擴(kuò)增的區(qū)域要比基因本身大，dhfr基因的長(zhǎng)度約為31kb，而染色體上同源染色區(qū)域（HSR）中重復(fù)單位的平均長(zhǎng)度為500-1000kb。擴(kuò)增的區(qū)域的范圍因每個(gè)細(xì)胞系而異，雙微體中DNA的長(zhǎng)度約為100-1000kb。

染色體外的拷貝是怎樣產(chǎn)生的呢？已知其產(chǎn)生并不伴隨染色體上原來(lái)的拷貝丟失。有兩種可能：額外的復(fù)制可能在dhfr基因附近起始，然后是這些拷貝之間的非同源重組；或者由于等位基因之間的非同源重組。額外的拷貝再經(jīng)過(guò)某些類(lèi)似重組的事件從染色體上釋放。生成的染色體外DNA分子含有一個(gè)還是幾個(gè)拷貝，取決于這些重組事件的性質(zhì)。如果雙微體是環(huán)狀DNA，它們之間的任何形式的重組都很有可能產(chǎn)生多體分子。有一種非穩(wěn)定系，為理解永久性雙微體產(chǎn)生的機(jī)制提供了信息。它擴(kuò)增的dhfr基因發(fā)生了突變，而原始的基因拷貝未突變，所以突變只能是在擴(kuò)增過(guò)程中發(fā)生的。盡管擴(kuò)增基因的數(shù)目有變化，但這一細(xì)胞系只表達(dá)突變的DHFR酶，說(shuō)明染色體上的野生型基因不能連續(xù)生成大量的新的雙微體，否則就會(huì)有野生型的DHFR酶表達(dá)了。因此，一旦擴(kuò)增產(chǎn)生染色體外基因，細(xì)胞狀態(tài)的變化就只通過(guò)這些基因而不再通過(guò)染色體上的原始拷貝介導(dǎo)了。當(dāng)移除氨甲喋呤，細(xì)胞系以正常途徑丟失雙微體，再次暴露于氨甲喋呤，正常的基因擴(kuò)增形成新的雙微體，這表明染色體外突變的拷貝沒(méi)有整合到染色體。另一個(gè)有意思的現(xiàn)象是突變細(xì)胞系的雙微體只攜帶突變的基因——所以如果每個(gè)雙微體含有一個(gè)以上的dhfr基因，則每個(gè)基因都是突變型。這表明多拷貝雙微體可能由單拷貝的染色體外基因產(chǎn)生。另一個(gè)主要問(wèn)題是染色體上擴(kuò)增的拷貝是染色體外拷貝整合生成還是通過(guò)獨(dú)立的機(jī)制生成，尚不得而知。擴(kuò)增的基因所采取的形式受細(xì)胞基因型的影響，某些細(xì)胞系傾向于產(chǎn)生雙微體，而另一些細(xì)胞系更易表現(xiàn)出HSR構(gòu)型。擴(kuò)增事件的類(lèi)型還與涉及的位點(diǎn)有關(guān)?？罐D(zhuǎn)氨甲酰酶抑制劑的擴(kuò)增，可使CAD（是具有UMP合成途徑中前三個(gè)酶活性的一個(gè)蛋白）基因擴(kuò)增。擴(kuò)增的CAD的DNA序列總是出現(xiàn)在染色體內(nèi)，以幾個(gè)擴(kuò)增的區(qū)域形式存在，而且往往涉及幾個(gè)染色體。9.2.3基因重排（generearrangement）

基因重排在低等真核生物中較為常見(jiàn)的一種表達(dá)調(diào)控機(jī)制，但在動(dòng)物中很少發(fā)生，但哺乳動(dòng)物免疫系統(tǒng)可通過(guò)基因重排產(chǎn)生種類(lèi)極多的抗體。在兩種情況下產(chǎn)生基因重排以調(diào)節(jié)表達(dá)：一是，通過(guò)重排產(chǎn)生在特定情況下所需要的新基因，比如免疫球蛋白的生成。二是通過(guò)重排使一種基因的表達(dá)轉(zhuǎn)換為另一種基因的表達(dá)。啤酒酵母（S.cerevisiae）接合型轉(zhuǎn)變就是采用了這種表達(dá)調(diào)控機(jī)制。啤酒酵母能以單倍體形式增殖，也能以二倍體形式增殖?？刂七@些活動(dòng)的是酵母菌株的結(jié)合型（matingtype），接合型有a和α兩種。只有不同的接合型細(xì)胞才能接合，a/α二倍體細(xì)胞；a/α二倍體細(xì)胞能夠通過(guò)孢子生成形成單倍體細(xì)胞。一、酵母結(jié)合型轉(zhuǎn)變

接合型由位于MAT基因座的信息控制，若為MATa，就是a型，若為MATα，即為α型。不同接合型細(xì)胞之間的識(shí)別是通過(guò)信息素（pheromones，外激素）的分泌，α型分泌α-因子，a型分泌a-因子。

每種細(xì)胞表面都有相反類(lèi)型的信息素的受體。當(dāng)一個(gè)細(xì)胞遇到相反類(lèi)型的細(xì)胞，信息素與受體結(jié)合，使細(xì)胞停滯在G1期，并發(fā)生各種形態(tài)變化。接合成功的細(xì)胞，在細(xì)胞周期停滯后，發(fā)生核融合，形成a/α二倍體細(xì)胞。Figure9.7結(jié)合是一個(gè)對(duì)稱(chēng)的過(guò)程，起始于一種細(xì)胞分泌的信息素與另一種細(xì)胞受體的結(jié)合。不同接合型細(xì)胞的響應(yīng)通路差異只在與受體的不同（所以只有編碼受體的那個(gè)基因是接合型特異的）。a-因子受體和α因子受體都能激活相同的反應(yīng)通路（導(dǎo)致二倍體生成）。因而，如果對(duì)于這兩種類(lèi)型的細(xì)胞進(jìn)行突變，刪去共有通路上某種成分，也都導(dǎo)致相同的效應(yīng)。通路包括一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，能引起相應(yīng)的蛋白合成，進(jìn)而引起接合所需的形態(tài)變化和基因表達(dá)。酵母接合型途徑的很多信息是從能刪去a和/或α型接合能力的突變體推演出來(lái)的，這樣鑒定出來(lái)的基因稱(chēng)作STE基因（代表sterile，不育的)。STE2和STE3是接合型特異的；而其它STE的突變會(huì)使細(xì)胞都失去接合能力（表明它們不是接合型特異的，而是在兩種接合型細(xì)胞中都表達(dá)）。這印證了因子與受體相互作用以后的事件在兩種細(xì)胞中是相同的。

某些酵母菌株有顯著的轉(zhuǎn)換接合型的能力。這些菌株都有顯性的HO基因，能夠以很高的頻率——高至每代都發(fā)生一次轉(zhuǎn)換。如果菌株是ho隱性的，則接合型很穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換頻只有~10–6。

HO的存在可使酵母群體發(fā)生轉(zhuǎn)換。無(wú)論原始的接合型怎樣，（原來(lái)單一接合型的群體）只經(jīng)過(guò)有限的幾代，兩種類(lèi)型的接合型細(xì)胞都大量出現(xiàn)在群體中，導(dǎo)致群體以MATa/MATα二倍體為主。所以，由單倍體群體形成穩(wěn)定的二倍體群體，表明發(fā)生了接合型轉(zhuǎn)換。

接合型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象表明每種接合型細(xì)胞都有成為MATa或MATα的潛在信息，但只表達(dá)出一種。轉(zhuǎn)換接合型的信息從何而來(lái)？轉(zhuǎn)換需要另兩個(gè)位點(diǎn)HMLα和HMRa：轉(zhuǎn)換成MATα型需要HMLα；轉(zhuǎn)換成MATa型需要HMRa。這些位點(diǎn)與MAT位于同一條讓染色體，HML在左側(cè)遠(yuǎn)端，HMR在右側(cè)。Figure9.8顯示的是解釋接合型轉(zhuǎn)換的匣子模型（cassettemodel）。這種模型認(rèn)為MAT有一個(gè)a型或α型活躍匣子；HML和HMR有沉默匣子，通常位于HML的是α型匣子，位于HMR的是a型匣子。所有匣子攜帶的信息都能決定接合型，但只有活躍匣子才能表達(dá)。Figure9.8

當(dāng)活躍匣子被沉默匣子的信息取代后，發(fā)生接合型轉(zhuǎn)換，新建立起來(lái)的（活躍）匣子開(kāi)始表達(dá)。

轉(zhuǎn)換不是交互的：是HML或HMR的拷貝取代MAT的等位基因。這可由下列現(xiàn)象得知：一個(gè)突變的MAT在轉(zhuǎn)換過(guò)程中被取代后，會(huì)永遠(yuǎn)消失——不會(huì)與取代它的沉默匣子互換。如果位于HML或HMR的沉默拷貝發(fā)生突變，轉(zhuǎn)換會(huì)使突變的拷貝進(jìn)入MAT基因座，這個(gè)HML或HMR處突變的拷貝還一直存在，即使發(fā)生無(wú)數(shù)次的基因轉(zhuǎn)換。就像復(fù)制型轉(zhuǎn)座那樣，供體元件在受體位點(diǎn)生成新拷貝，而供體元件本身仍是完好的。接合型轉(zhuǎn)換只有一個(gè)受體（MAT），而有兩個(gè)供體（HML和HMR），是一個(gè)有方向性的事件。轉(zhuǎn)換通常是由HMLα取代MATa，或

HMRa取代MATα。這種MAT等位基因由相反類(lèi)型的等位基因取代占到了80-90%，這是細(xì)胞表型決定的，a型細(xì)胞總是優(yōu)先選擇HML為供體，而α型細(xì)胞總是優(yōu)先選擇HMR為供體。

有幾組基因與結(jié)合型的建立和轉(zhuǎn)換有關(guān)。除了直接決定接合型的基因，還包括抑制沉默匣子的基因、轉(zhuǎn)化接合型的基因，以及在結(jié)合過(guò)程中發(fā)揮作用的基因（比如前述的STE基因）。

比較兩個(gè)沉默匣子（HMLα和HMRa）和兩種活躍匣子（MATa和MATα）的序列，可確定那些負(fù)責(zé)接合型的序列。接合型基因位點(diǎn)的組織形式見(jiàn)Figure9.9。

每個(gè)匣子中間部分是各自特異的序列（稱(chēng)作Ya和Yα），其兩側(cè)為相同的的序列，只是HMR的稍短?；钴S匣子的MAT由位于Y區(qū)域內(nèi)的啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄。Figure9.9

二、通過(guò)調(diào)控HO基因的表達(dá)對(duì)接合型轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制

HO內(nèi)切酶的產(chǎn)生在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行調(diào)控，有三個(gè)獨(dú)立的調(diào)控系統(tǒng)：

HO基因表達(dá)受接合型控制。二倍體中HO基因不表達(dá)?？赡苁莾煞NMAT等位基因都表達(dá)，沒(méi)必要轉(zhuǎn)換。

HO基因只在母細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄，在子代細(xì)胞中不能轉(zhuǎn)錄。（指細(xì)胞完成一次轉(zhuǎn)換后，下一代不能轉(zhuǎn)換，再下一代才能轉(zhuǎn)換。見(jiàn)Figure9.10）

HO基因轉(zhuǎn)錄還需響應(yīng)細(xì)胞周期，母細(xì)胞只有在處于G1期末期時(shí)才表達(dá)HO。

HO內(nèi)切酶表達(dá)的時(shí)間特異性反映了接合型轉(zhuǎn)換與酵母菌株之間的關(guān)系，如Figure9.10所示，轉(zhuǎn)換只有在分裂后才能檢測(cè)到，兩個(gè)子代細(xì)胞接合型型相同，均由親代細(xì)胞轉(zhuǎn)換而來(lái)。Figure9.10

原因是HO基因被限定在G1期表達(dá)，這就確保了接合型在MAT復(fù)制之前進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因而產(chǎn)生的兩個(gè)子代細(xì)胞的接合型是一致的。

幾個(gè)控制HO基因轉(zhuǎn)錄的順式位點(diǎn)位于這個(gè)基因上游約1500bp處?？刂频幕灸Ｊ绞遣还苷{(diào)控信號(hào)來(lái)自幾條調(diào)控通路中的哪一條，只要能抑制任何一個(gè)位點(diǎn)，就能夠抑制HO轉(zhuǎn)錄。Figure9.11總結(jié)了所涉及的俄有關(guān)位點(diǎn)的類(lèi)型。Figure9.11

接合型控制類(lèi)似其它的單倍體基因所受調(diào)控。在二倍體中，轉(zhuǎn)錄被a1/α2阻遏蛋白抑制，基因上游有10個(gè)阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)都與共有序列存在一定差異，至于哪一個(gè)和需要幾個(gè)是才能實(shí)現(xiàn)阻遏，不得而知。HO基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控需要多種激活和阻遏事件的相互作用。HO基因轉(zhuǎn)錄需要基因SWI1-5，其產(chǎn)物能夠阻止SIN1-6基因產(chǎn)物對(duì)HO基因轉(zhuǎn)錄的阻遏作用。SWI基因是最早在不能發(fā)生轉(zhuǎn)換的突變體中發(fā)現(xiàn)的；隨后又發(fā)現(xiàn)了具有使某些SWI突變體恢復(fù)結(jié)合能力的SIN基因。SWI-SIN的相互作用參與了控制作用，使HO基因的只特異地在單倍體母細(xì)胞表達(dá)。

某些SWI和SIN基因的（產(chǎn)物）作用并不知局限于控制接合型，其產(chǎn)物是具有普遍作用的（global）調(diào)控因子，是許多基因表達(dá)所需要的。這其中就包括含有SWI1，2，3的染色質(zhì)重塑復(fù)合物SWI/SNF和染色體蛋白的SIN1-4。因此，在HO基因所在區(qū)域，“真正的”調(diào)控因子是SWI蛋白，它特異地能對(duì)抗通用抑制作用。

細(xì)胞周期對(duì)HO基因的控制由9個(gè)稱(chēng)作的五核苷酸序列URS2賦予。一個(gè)這樣的共有序列能賦予與之相連的基因以細(xì)胞周期特異性控制。與之相連的基因都受到抑制，但在向G1過(guò)渡時(shí)有一個(gè)短暫時(shí)期例外。SWI4和SWI6是負(fù)責(zé)解除URS2處阻遏作用的激活因子，其活性依賴(lài)于細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子CDC28，CDC28使細(xì)胞進(jìn)入分裂周期。

HO基因在各代交替特異地表達(dá)是由激活因子SWI5控制的（SWI5能拮抗SIN3，4的通用抑制作用）。缺失這些功能（指SWI5和SIN3，4的功能）的突變體的HO基因在子代細(xì)胞和母細(xì)胞中一樣表達(dá)。這一系統(tǒng)（指SIN3，4抑制HO表達(dá)，SWI5拮抗SIN3，4）通過(guò)位于HO基因上游遠(yuǎn)處的URS1發(fā)揮作用。

SWI5本身不是母細(xì)胞特異的調(diào)節(jié)因子，但受Ash1p拮抗（antagonize），Ash1p是一個(gè)阻遏蛋白，在子代細(xì)胞分裂后期快結(jié)束時(shí)積累，ASH1突變導(dǎo)致子代細(xì)胞也能發(fā)生接合型轉(zhuǎn)換。

Ash1p的mRNA沿肌動(dòng)蛋白纖絲由母細(xì)胞轉(zhuǎn)至子代芽孢（daughterbud），這決定了其定位。Ash1p阻止SWI5激活HO基因，它能夠結(jié)合在一種多拷貝的、廣泛分布于URS1和URS2中的共有序列元件。當(dāng)子代細(xì)胞生長(zhǎng)稱(chēng)為母細(xì)胞，Ash1p的濃度被稀釋?zhuān)琀O基因就又能表達(dá)了。9.1概述9.2DNA水平的調(diào)控9.3轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控9.4轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控9.5翻譯水平的調(diào)控9.3轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控9.3.1引言

高等真核生物各種細(xì)胞表型存在著差異，這主要是由編碼蛋白質(zhì)的基因的表達(dá)差異引起，這些基因由RNApolII轉(zhuǎn)錄。譯自GENESX28.1;GENESIX25.1原則上，對(duì)這些基因的調(diào)控可以發(fā)生在表達(dá)的任何一步，如Figure9.12，可以明確的調(diào)控環(huán)節(jié)至少有6個(gè)：Figure9.12anddegradationTranslationofmRNA（mRNA的翻譯）Activationofgenestructure:openchromatin

（基因結(jié)構(gòu)的活化:打開(kāi)染色質(zhì)）

Initiationoftranscriptionandelongation（轉(zhuǎn)錄起始與延伸）Processingthetranscript（轉(zhuǎn)錄本的加工）Transporttocytoplasmfromthenucleus（轉(zhuǎn)運(yùn)出核）DegradationandturnoverofmRNA（mRNA的降解和周轉(zhuǎn)）

一個(gè)基因是否表達(dá)取決于局部的（啟動(dòng)子處）染色質(zhì)和其周?chē)ㄈ旧|(zhì)）的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，個(gè)別的激活事件或者是對(duì)染色質(zhì)較大范圍產(chǎn)生影響的變化都可能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

大多數(shù)局部性的事件跟特定靶基因表達(dá)有關(guān)，在緊靠啟動(dòng)子的周?chē)鷧^(qū)域核小體的結(jié)構(gòu)和組織發(fā)生變化。有許多基因有多個(gè)啟動(dòng)子，使用不同的啟動(dòng)子會(huì)形成不同的5’UTR，這又會(huì)影響mRNA的翻譯。更為一般性的變化會(huì)影響大范圍的區(qū)域，甚至大至整條染色體。

激活一個(gè)基因需要染色質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變，關(guān)鍵問(wèn)題是轉(zhuǎn)錄因子怎樣才能接近啟動(dòng)子DNA。

染色質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)是控制基因表達(dá)的integralpart。基因以?xún)煞N結(jié)構(gòu)狀態(tài)中的一種存在?；蛑辉谄浔磉_(dá)的細(xì)胞中處在活性狀態(tài)（“activestate”），其結(jié)構(gòu)的變化（即活躍狀態(tài)的建立）早于轉(zhuǎn)錄，標(biāo)志著基因是可以轉(zhuǎn)錄的（transcribable）。這表明活性結(jié)構(gòu)的形成是基因表達(dá)的第一步。活性基因（activegene）所處的常染色質(zhì)區(qū)域?qū)怂崦该舾?，而且，基因在被激活之前，其啟?dòng)子處形成超敏感位點(diǎn)（hypersensitivesites）。

轉(zhuǎn)錄起始和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)之間聯(lián)系密切而持續(xù)。負(fù)責(zé)基因轉(zhuǎn)錄的一些激活因子直接修飾組蛋白，特別是組蛋白的乙?；蚧罨嚓P(guān)。與此相反，某些阻遏蛋白通過(guò)使組蛋白去乙酰化來(lái)抑制轉(zhuǎn)錄。所以，基因表達(dá)調(diào)控需要啟動(dòng)子附近組蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生可逆的變化，這些變化會(huì)對(duì)八聚體結(jié)合DNA形成影響，控制核小體在特定位點(diǎn)的出現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)。這是基因借以維持活性或非活性狀態(tài)的機(jī)制的一個(gè)重要方面。染色質(zhì)上的區(qū)域維持非活性（沉默）狀態(tài)的機(jī)制與阻遏具體啟動(dòng)子的方式相似。參與異染色質(zhì)形成的蛋白也是通過(guò)組蛋白來(lái)來(lái)作用于染色質(zhì)，對(duì)組蛋白的修飾是這種相互作用的重要特征。這種變化一旦建立起來(lái)，就能在細(xì)胞分裂過(guò)程保持下去，形成表觀狀態(tài)（epigeneticstate），在這種狀態(tài)下，基因的特性由染色質(zhì)自我永久化（self-perpetuating）的結(jié)構(gòu)決定。

Epigenetic這一名字實(shí)際上反映了基因具有可遺傳的狀態(tài)（inheritedcondition）（活性或非活性的），而這樣的狀態(tài)是不依賴(lài)基因自身序列的。

一旦轉(zhuǎn)錄起始，在延伸階段進(jìn)行調(diào)節(jié)的可能性一般不大，細(xì)菌中的弱化作用在真核生物中是不存在的，因?yàn)楹四ぐ讶旧|(zhì)與細(xì)胞質(zhì)分開(kāi)了。但對(duì)轉(zhuǎn)錄延伸確實(shí)存在控制，初級(jí)轉(zhuǎn)錄本要發(fā)生修飾，5’端加帽，3’端一般也要加尾。許多基因具有多個(gè)終止位點(diǎn)，產(chǎn)生不同的3’UTR，改變mRNA的功能和行為。斷裂基因初級(jí)轉(zhuǎn)錄本中的內(nèi)含子必須去除，成熟RNA必須轉(zhuǎn)運(yùn)出核。通過(guò)在核內(nèi)RNA水平加工所進(jìn)行的基因表達(dá)調(diào)控可能發(fā)生其中任何一個(gè)階段，但目前最清楚的是拼接的變化，有些基因通過(guò)選擇性拼接模式表達(dá)，這一步調(diào)節(jié)可控制蛋白產(chǎn)物的類(lèi)型。

mRNA在胞質(zhì)中的翻譯可能受到特異的控制，mRNA的周轉(zhuǎn)率（turnoverrate）也是這樣。成年體細(xì)胞中，翻譯水平的控制并不多見(jiàn)，但有些胚胎階段會(huì)有這一調(diào)節(jié)機(jī)制。這種機(jī)制涉及mRNA在特異位點(diǎn)的定位，以決定能否由特異蛋白因子起始翻譯。不同的mRNA具有不同的半衰期（half-life），半衰期由其上的特異序列元件決定。

基因轉(zhuǎn)錄的組織特異性調(diào)控是真核生物分化（differentiation）的核心，這類(lèi)調(diào)控對(duì)代謝和分解代謝途徑的控制也非常重要。一個(gè)調(diào)節(jié)性的轉(zhuǎn)錄因子可以為許多基因的轉(zhuǎn)錄提供通用的控制手段，關(guān)于這種調(diào)控模式，有兩個(gè)問(wèn)題需回答：轉(zhuǎn)錄因子怎樣確定（識(shí)別）它的那組靶基因？轉(zhuǎn)錄因子本身的活性是怎樣根據(jù)內(nèi)、外信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的？主要概念激活因子決定轉(zhuǎn)錄的頻率。激活因子通過(guò)與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子形成蛋白-蛋白相互作用來(lái)行使功能。激活因子可通過(guò)輔助激活因子來(lái)行使功能。有多種不同的方式調(diào)節(jié)激活因子。9.3.2激活因子和阻遏蛋白的作用機(jī)制譯自GENESX28.2；GENESIX25.8轉(zhuǎn)錄裝置的某些成分是通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用的。阻遏是通過(guò)影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)或通過(guò)結(jié)合、掩蓋激活因子實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)錄起始需要許多的蛋白-蛋白相互作用，這種相互作用發(fā)生在結(jié)合于增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子上組裝的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置（basalapparatus）之間。這些轉(zhuǎn)錄因子可以分為功能相反的兩類(lèi)：正性激活因子和負(fù)性阻遏蛋白（positiveactivatorsandnegativerepressors）。在上一章中介紹的細(xì)菌（基因表達(dá)的）正控制需要一個(gè)調(diào)節(jié)因子幫助RNA聚合酶由封閉復(fù)合物過(guò)渡到開(kāi)放復(fù)合物。像E.coli中的轉(zhuǎn)錄因子CRP一般結(jié)合在啟動(dòng)子附近，與RNA聚合酶α亞基的CTD形成接觸。通常，基因的啟動(dòng)子較差時(shí)會(huì)需要這種作用，激活因子幫助RNA聚合酶打開(kāi)啟動(dòng)子。真核生物中的正控制與此顯著不同，根據(jù)作用方式，可以把（真核生物中的）激活因子分為三類(lèi)：第一類(lèi)是真正的激活因子（trueactivator），這類(lèi)激活因子是典型的轉(zhuǎn)錄因子，它們與啟動(dòng)子上的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置直接接觸或通過(guò)輔助激活因子間接接觸。（除了基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子，其它因子不直接接觸聚合酶）真正激活因子的活性可由下述方式中某一種調(diào)控，如Figure9.13所示。有些因子是組成型的，只在特定的細(xì)胞類(lèi)型中表達(dá)。調(diào)節(jié)發(fā)育的因子是這一類(lèi)代表，比如同源[異型]域蛋白（homeodomainprotein）。PAPAOnOnTisuueAPPOffOffTisuueBFigure9.13aA正性轉(zhuǎn)錄因子有些因子的活性直接受修飾作用控制。比如，HSF（heatshocktranscriptionfactor）磷酸化后轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕问健PAOnFigure9.13bPIPI非活性形式的正性轉(zhuǎn)錄因子有些因子結(jié)合配體以后被激活或失活。這一類(lèi)主要是一些類(lèi)固醇激素受體（steroidreceptor，甾體激素受體）。結(jié)合配體后能影響因子的定位（從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)至細(xì)胞核），并能決定其DNA結(jié)合能力。APAOnFigure9.13cHIH+hormoneAPAOnFigure9.13d因子的可用性（availability,有效性）可以變化。比如NF-κB（能激活B淋巴細(xì)胞中的免疫球蛋白κ的基因）在許多種類(lèi)的細(xì)胞中都存在，但被I-κB抑制。在B淋巴細(xì)胞中，NF-κB與I-κB解離，進(jìn)入核內(nèi)激活轉(zhuǎn)錄。RA細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核有些二聚體形式的因子采用可變的配偶體（partner）控制活性。當(dāng)與一種配偶體結(jié)合時(shí)，因子無(wú)活性；與另一種配偶體結(jié)合時(shí)，表現(xiàn)出活性。若一個(gè)因子與各種可變配偶體與結(jié)合，便可被放大上述效應(yīng)，形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（往往發(fā)生在HLH因子之間）。APOnFigure9.13eCACABCC有些活性因子是從非活性前體上切下而形成的。比如，某個(gè)因子是作為一個(gè)核膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合蛋白合成的，缺乏固醇（sterol）如膽固醇（cholesterol）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致胞質(zhì)中的結(jié)構(gòu)域被切除，從而轉(zhuǎn)運(yùn)至核，作為激活因子發(fā)揮作用。APOnFigure9.13fARARR調(diào)節(jié)蛋白第二類(lèi)激活因子是抗阻遏因子（antirepresssors）。當(dāng)一個(gè)這樣的激活因子結(jié)合增強(qiáng)子時(shí)，會(huì)招募組蛋白修飾酶類(lèi)和/或染色質(zhì)重塑復(fù)合物，把染色質(zhì)從封閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)放狀態(tài)。這類(lèi)因子對(duì)DNA模版沒(méi)有作用，只能在染色質(zhì)模版上發(fā)揮功能。第三類(lèi)激活因子是結(jié)構(gòu)性蛋白（architecturalpeoteins），比如Yin-Yang。這類(lèi)因子的作用是彎曲DNA。有的彎曲會(huì)把DNA上結(jié)合的蛋白拉近，有助于形成協(xié)作性的復(fù)合物；而有的彎曲會(huì)阻止復(fù)合物形成。一段DNA能沿AAAAROrAAFigure9.14兩個(gè)方向彎曲，這取決于調(diào)節(jié)因子是結(jié)合在頂部還是底部。這相當(dāng)于半圈螺旋（約5個(gè)堿基）所形成的差別。在討論細(xì)菌基因表達(dá)調(diào)控時(shí)已介紹過(guò)負(fù)調(diào)控，比如乳糖操縱子和色氨酸操縱子。細(xì)菌中，有的阻遏蛋白是通過(guò)阻止聚合酶把封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)換為開(kāi)放復(fù)合物，如乳糖操縱子；有的則是結(jié)合啟動(dòng)子序列以阻止RNA聚合酶結(jié)合的結(jié)合，如色氨酸操縱子。而在真核生物中，阻遏蛋白的作用機(jī)制則有多種，如Figure9.15所示。一種機(jī)制是阻遏蛋白屏蔽胞質(zhì)中的激活因子。真核細(xì)胞的蛋白在胞質(zhì)中合成，在細(xì)胞核中行使功能的蛋白具有一個(gè)指導(dǎo)其跨越核膜的結(jié)構(gòu)域，有的阻遏蛋白能夠結(jié)合（某些激活因子的）這個(gè)結(jié)構(gòu)域，從而屏蔽它。APAOnFigure9.15a細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核AR上述機(jī)制還有一些變化形式。比如在核內(nèi)，阻遏蛋白結(jié)合已經(jīng)結(jié)合在增強(qiáng)子上的激活因子，屏蔽激活因子的激活結(jié)構(gòu)域，阻止其發(fā)揮作用。PAOffFigure9.15bR或者，有的阻遏蛋白在胞質(zhì)中是被屏蔽的，但進(jìn)入核內(nèi)后釋放，從而抑制激活因子。PAOnFigure9.15c細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核RXPAOffR第四種機(jī)制是（與激活因子）直接競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)子，這種情況下，阻遏蛋白與激活因子的結(jié)合位點(diǎn)相同或是有部分重疊。這是一種非常靈活的（versatile）機(jī)制，因?yàn)橛袃蓚€(gè)變量在發(fā)揮作用：因子結(jié)合DNA的強(qiáng)度與因子的濃度，因子的濃度稍有變化，細(xì)胞的發(fā)育途徑就能急劇改變。PAOnFigure9.15dPAOffRAAAARRRRR能夠招募組蛋白修飾酶類(lèi)和染色質(zhì)重塑復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄因子有與之相應(yīng)的阻遏蛋白，這些阻遏蛋白招募復(fù)合物，消除組蛋白修飾和重塑。結(jié)構(gòu)性蛋白也是如此，同樣的蛋白結(jié)合在不同位點(diǎn)，阻止激活因子復(fù)合物的形成。Thetranscriptionfactorsthatrecruitthehistonemodifiersandchromatinremodelershavetheircounterpartsasrepressorsthatrecruitthecomplexesthatundothemodificationsandremodeling.Thesameistrueforthearchitecturalproteins,where,infact,thesameproteinboundtodifferentsitepreventsactivatorcomplexesfromforming.9.3.3結(jié)合DNA和激活轉(zhuǎn)錄分別由獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)譯自GENESX28.3;GENESIX25.3主要概念激活因子的DNA結(jié)合活性與激活轉(zhuǎn)錄能力分別由獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域承擔(dān)。DNA結(jié)合域的作用就是把轉(zhuǎn)錄激活域帶到啟動(dòng)子附近。對(duì)激活因子這一類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子的了解已經(jīng)比較透徹。激活因子需要其蛋白結(jié)構(gòu)域具備多種功能：識(shí)別對(duì)特定基因進(jìn)行調(diào)控的增強(qiáng)子中的靶序列；結(jié)合DNA后，激活因子通過(guò)結(jié)合轉(zhuǎn)錄裝置的組分來(lái)行使功能。許多激活因子還需要二聚化結(jié)構(gòu)域，與其它蛋白形成復(fù)合物。

通常激活因子具有結(jié)構(gòu)上一個(gè)獨(dú)立的DNA結(jié)合域和一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，分別單獨(dú)行使功能。這些結(jié)構(gòu)域都是作為單獨(dú)的構(gòu)件獨(dú)立地發(fā)揮作用，這可通過(guò)與其它激活因子的有關(guān)結(jié)構(gòu)域組成融合蛋白仍具有功能鑒定出來(lái)。不管DNA結(jié)合域的確切定位和方向是什么樣的，全部轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的幾何形狀必須能夠使激活結(jié)構(gòu)域與基本轉(zhuǎn)錄機(jī)器接觸（直接或間接）。關(guān)鍵在于DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄激活域是獨(dú)立的，其間的連接方式確保不管DNA結(jié)合域的取向和準(zhǔn)確位置如何，轉(zhuǎn)錄激活域都能與基本裝置相互作用。Figure9.16靠近啟動(dòng)子的增強(qiáng)子中的元件可能會(huì)距轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)仍相當(dāng)遠(yuǎn)，并且可能有兩種取向。遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的增強(qiáng)子也表現(xiàn)出取向的獨(dú)立性。這樣的結(jié)構(gòu)就意味著DNA可以彎曲（looped）或以某種方式壓縮，以便形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。而激活因子的結(jié)構(gòu)域之間可通過(guò)靈活的方式連接，如圖所示。激活作用是否依賴(lài)特定的DNA結(jié)合域呢？通過(guò)構(gòu)建雜合蛋白（一種因子的DNA結(jié)合域跟另一種因子的激活域形成的融合蛋白）回答了這個(gè)問(wèn)題，如右圖所示。Figure9.17激活轉(zhuǎn)錄通常需要激活因子結(jié)合DNA，但有些激活因子沒(méi)有DNA結(jié)合域，它們通過(guò)蛋白-蛋白二聚化來(lái)行使功能。酵母的激活因子GAL4的DNA結(jié)合域識(shí)別靶基因的UAS，激活結(jié)構(gòu)域刺激轉(zhuǎn)錄起始。細(xì)菌阻遏蛋白LexA的N-端是DNA結(jié)合域，識(shí)別特異的操作子。通過(guò)交換（swap）的方法，以L(fǎng)exA的DNA結(jié)合域取代GAL4的DNA結(jié)合域，生成的雜合蛋白能夠激活含有的LexA操作子的靶基因，而不再能激活含有UAS的靶基因。

這一結(jié)果符合轉(zhuǎn)錄因子組件構(gòu)成的觀點(diǎn)。DNA結(jié)合域?qū)⒌鞍滓蜃訋У秸_位置，無(wú)論準(zhǔn)確性如何、結(jié)合位置在哪兒，只要結(jié)合了，激活域就發(fā)揮作用。此外，前述雜合蛋白中這兩種組件發(fā)揮作用的能力表明每個(gè)結(jié)構(gòu)域是單獨(dú)折疊成活性結(jié)構(gòu)，不受蛋白其余部分的影響。

HIV中的tat蛋白沒(méi)有DNA結(jié)合域，但具有刺激轉(zhuǎn)錄起始的能力，這進(jìn)一步證實(shí)激活因子具有獨(dú)立的DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄激活域的觀點(diǎn)。tat蛋白結(jié)合在RNA產(chǎn)物的一個(gè)有二級(jí)結(jié)構(gòu)的區(qū)域，這一部分稱(chēng)作tar序列。tat-tar相互作用刺激轉(zhuǎn)錄的模式如Figure9.18所示。Figure9.18TheactivatingdomainofthetatproteinofHIVcanstimulatetranscriptionifitistetheredinthevicinitybybindingtotheRNAproductofapreviousroundoftranscription.Activationisindependentofthemeansoftethering,asshownbythesubstitutionofaDNA-bindingdomainfortheRNA-bindingdomain.tar序列緊靠轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)，所以當(dāng)tat結(jié)合tar時(shí)，就位于轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物附近，這足以使tat的轉(zhuǎn)錄激活域充分靠近起始復(fù)合物。tat作用于復(fù)合物中的一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，方式與激活因子相同（當(dāng)然，必須在沒(méi)有tat的情況下轉(zhuǎn)錄出第一個(gè)轉(zhuǎn)錄本，以便為后續(xù)轉(zhuǎn)錄提供tar位點(diǎn)。）若采用一個(gè)DNA結(jié)合域取代tat蛋白中負(fù)責(zé)結(jié)合tar的氨基酸序列，與tat的激活域形成雜合蛋白，該蛋白可以識(shí)別含有相應(yīng)靶位點(diǎn)的啟動(dòng)子，激活轉(zhuǎn)錄。這說(shuō)明，DNA結(jié)合域（在此例中是RNA結(jié)合域）提供一個(gè)“拴住”（tethering）的功能，使激活結(jié)構(gòu)域處于起始復(fù)合物附近。這種“拴住”的觀念實(shí)際上是一個(gè)特例，反映的更為普遍概念的是啟動(dòng)子附近要有高濃度的轉(zhuǎn)錄因子，才能起始轉(zhuǎn)錄。這可以通過(guò)激活因子結(jié)合在增強(qiáng)子甚至RNA產(chǎn)物來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有這些情況的基本要求就是DNA和蛋白正確的空間排布要有靈活性。結(jié)構(gòu)域的獨(dú)立性在轉(zhuǎn)錄因子中很普遍，可以這樣理解DNA結(jié)合域的功能，它把激活域帶到了轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近。這也就解釋了為什么激活因子的結(jié)合位點(diǎn)在不同增強(qiáng)子中的定位是可變的。DNA結(jié)合域（DNAbindingdomain），多由60-100個(gè)氨基酸殘基組成的幾個(gè)亞區(qū)組成。轉(zhuǎn)錄激活域（activatingdomain），常由30-100氨基酸殘基組成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同種類(lèi)，以酸性結(jié)構(gòu)域最多見(jiàn)。連接區(qū)，即連接上兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的部分。Keyconcepts所有激活因子的特異性，即它作用于哪個(gè)（哪些）啟動(dòng)子或增強(qiáng)子，都取決于其DNA結(jié)合域。DNA結(jié)合域負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)錄激活域定位在基本轉(zhuǎn)錄裝置附近。9.3.4激活因子與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置相互作用譯自GENESX28.5;GENESIX25.5能直接發(fā)揮作用的激活因子具有DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄激活域。沒(méi)有激活域的激活因子可以通過(guò)結(jié)合具有激活域的輔助激活因子行使功能。基本裝置中的某些因子是激活因子或輔助激活因子的作用靶點(diǎn)。全酶復(fù)合物中RNA聚合酶可以與不同組別的轉(zhuǎn)錄因子聯(lián)合作用（RNApolymerasemaybeassociatedwithvariousalternativesetsoftranscriptionfactorsintheformofaholoenzymecomplex）。具有DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄激活域的真正激活因子（trueactivator）能直接發(fā)揮作用（Figure9.16）。有些情況下，激活因子本身沒(méi)有轉(zhuǎn)錄激活域（或激活域很弱），但能結(jié)合另一種具有轉(zhuǎn)錄激活域的蛋白因子——輔助激活因子，如Figure9.19所示。這樣，輔助激活因子就可以視為是一個(gè)激活因子，但是其特異性是源于它能與結(jié)合DNA的激活因子結(jié)合，而不是直接結(jié)合DNA。特定的激活因子可能需要特定的輔助激活因子。Figure9.19盡管上述作用方式中蛋白成分的組織方式有所差異，但機(jī)制是一致的。直接作用于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置的激活因子具有DNA結(jié)合域和與之共價(jià)連接的轉(zhuǎn)錄激活域；而通過(guò)輔助激活因子發(fā)揮作用的激活因子，這兩種因子之間是非共價(jià)結(jié)合。不管這些結(jié)構(gòu)域是處在同一個(gè)蛋白分子還是分別位于兩個(gè)蛋白分子，負(fù)責(zé)激活轉(zhuǎn)錄的相互作用是相同的。此外，許多輔助激活因子還具有其它的酶活性，比如修飾染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性。

轉(zhuǎn)錄激活域通過(guò)與通用轉(zhuǎn)錄因子（基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子）形成蛋白-蛋白相互作用，促進(jìn)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置的組裝。涉及的因子可能是各種基礎(chǔ)因子中的任何一種，但通常是TFIID、TFIIB或TFIIA等參與基本轉(zhuǎn)錄裝置初期組裝的因子。Figure9.20

TFIID是激活因子最常用的靶點(diǎn)，其中的任何TAF都有可能參與作用。實(shí)際上，各種TAF的主要作用就是連接激活因子和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置。這樣就可以理解為何TBP單獨(dú)就能支持基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄，但激活因子刺激的高水平轉(zhuǎn)錄需要TAFs。TFIID中不同的TAF可以為不同的激活因子提供結(jié)合界面。某些激活因子只與一種TAF作用，有的可與多種TAF作用。它們之間的作用有助于TFIID結(jié)合TATAbox，或有助于其它基礎(chǔ)裝置成分結(jié)合TFIID-TATAbox復(fù)合物，或控制CTD的磷酸化；不管那種情況，相互作用都穩(wěn)定了基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，加速了起始過(guò)程，因而增強(qiáng)了啟動(dòng)子的使用效率。酵母的激活因子Gal4和其它激活因子的激活域都有多個(gè)負(fù)電荷，因而稱(chēng)作酸性激活因子（acidicactivator）。單純皰疹病毒的VP16也屬于這一類(lèi)因子（VP16沒(méi)有DNA結(jié)合域，需通過(guò)中間蛋白作用才能與基本裝置作用。）鑒定酸性激活因子功能的實(shí)驗(yàn)常用VP16激活域與被鑒定因子的DNA結(jié)合域構(gòu)成融合蛋白。

酸性激活因子能夠增強(qiáng)TFIIB組裝進(jìn)基礎(chǔ)起始復(fù)合物的能力。以腺病毒啟動(dòng)子進(jìn)行的體外實(shí)驗(yàn)顯示，Gal4或VP16能夠刺激TFIIB結(jié)合基礎(chǔ)起始復(fù)合物，VP16能直接結(jié)合TFIIB。所以在這個(gè)啟動(dòng)子上，TFIIB組裝進(jìn)基本起始復(fù)合物是一個(gè)限速步驟，可以被酸性激活因子促進(jìn)。RNApolII啟動(dòng)子對(duì)于調(diào)控元件重排有抵御（回彈，resilience）能力，甚至漠視（indifference）某些元件的存在，表明激活啟動(dòng)子的事件在本質(zhì)上是相對(duì)一致的。當(dāng)其激活域被帶到基本裝置一定范圍內(nèi)，任何激活因子都能刺激裝置的形成。使用由不同來(lái)源的元件重組成新的啟動(dòng)子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分說(shuō)明了啟動(dòng)子的多樣性（versatility）。比如，把酵母的UASG元件插入到高等真核生物基因附近，在哺乳動(dòng)物培養(yǎng)細(xì)胞中，這個(gè)基因可以被Gal4激活。不管Gal4是以何種方式激活啟動(dòng)子的，這種方式在酵母和高等真核生物之間是保守的。Gal4肯定識(shí)別了哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)錄裝置上某些特征，這些特征在酵母的相應(yīng)組分類(lèi)似。激活因子是怎樣刺激轉(zhuǎn)錄的？可以想象得出，激活因子激活轉(zhuǎn)錄有兩大類(lèi)模型：

招募模型認(rèn)為激活因子唯一的作用就是增強(qiáng)RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子。另一模型認(rèn)為激活因子誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物發(fā)生某些變化，比如激酶等酶的構(gòu)象改變，從而提高轉(zhuǎn)錄效率。在酵母中檢測(cè)這兩種模型，表明招募模型能夠解釋激活現(xiàn)象。當(dāng)RNA聚合酶濃度足夠高時(shí)，激活因子不再展現(xiàn)激活效應(yīng)，表明其唯一效應(yīng)就是提高RNA聚合酶在啟動(dòng)子處的有效濃度。某些激活因子、輔助激活因子和基本因子是在啟動(dòng)子上逐步組裝的，然后，由另一些激活因子、輔助激活因子與聚合酶提前組裝成一個(gè)很大的復(fù)合物才能添加進(jìn)來(lái)，如右圖。有效轉(zhuǎn)錄所需要的各種成分（基本因子、聚合酶、激活因子和輔助激活因子）加在一起，是一個(gè)很大的裝置，包括40多種蛋白。這樣大的一個(gè)裝置是一步一步地組裝在啟動(dòng)子上的嗎？Figure9.21已發(fā)現(xiàn)了幾種形式的RNA聚合酶，分別于各種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。最顯著的是酵母的“全酶復(fù)合物”（holoenzymecomplex，不需其它成分，就能起始轉(zhuǎn)錄），包括RNA聚合酶和一個(gè)稱(chēng)作Mediator（介導(dǎo)因子）的由20個(gè)亞基構(gòu)成的復(fù)合物。編碼Mediator某些成分的基因突變后會(huì)阻止轉(zhuǎn)錄，比如SRB基因。Mediator這個(gè)名字表明它能夠介導(dǎo)激活因子效應(yīng)。酵母大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄都需要Mediator。多細(xì)胞真核生物大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄也是如此，需要Mediator的同源復(fù)合物。當(dāng)與RNApolII的CTD相互作用時(shí)，Mediator的構(gòu)象發(fā)生變化。它可以將上游成分的激活或阻遏效應(yīng)傳遞至聚合酶?？赡茉诰酆厦搁_(kāi)始延伸時(shí)，Mediator釋放。

有些轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)直接作用于聚合酶或基本裝置影響轉(zhuǎn)錄，有些則是通過(guò)控制染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)發(fā)揮作用。激活因子一般都采用模塊結(jié)構(gòu)，具有不同的結(jié)構(gòu)域，分別負(fù)責(zé)結(jié)合DNA和激活轉(zhuǎn)錄。根據(jù)DNA結(jié)合域的類(lèi)型，因子可分為幾種類(lèi)型：一般說(shuō)來(lái)，負(fù)責(zé)結(jié)合DNA的是其中一個(gè)相對(duì)較短的模體（motif，基序）：9.3.5激活因子的各種DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域譯自GENESX28.6;GENESIX25.8Figure9.22鋅指結(jié)構(gòu)（zincfinger）是DNA結(jié)合域中的一種模體。最早是在TFIIIA（為RNApolIII轉(zhuǎn)錄5SrRNA所需）中發(fā)現(xiàn)的。單個(gè)鋅指的共有序列是：

Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His之所以稱(chēng)為鋅指，是由于約23個(gè)氨基酸形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)（loop），從鋅結(jié)合位點(diǎn)伸出，這種形式的鋅指稱(chēng)作Cys2/His2型的。鋅離子被束縛在保守Cys和His殘基構(gòu)成的四面體結(jié)構(gòu)中。這種模體在許多其它轉(zhuǎn)錄因子（及推測(cè)是轉(zhuǎn)錄因子的蛋白）中都有發(fā)現(xiàn)。這樣的蛋白中通常含有多個(gè)鋅指，如圖所示。有些鋅指蛋白能夠結(jié)合DNA。

類(lèi)固醇激素受體（steroidreceptor，甾體激素受體）以及一些其它蛋白具有不同于Cys2/His2型的另一種鋅指，其結(jié)構(gòu)基于一段結(jié)合鋅離子的共有序列：

Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys。

這一種鋅指序列稱(chēng)作稱(chēng)作Cys2/Cys2。是根據(jù)功能關(guān)系界定的一組受體：每種受體都是結(jié)合特定類(lèi)固醇分子后被激活，比如糖皮質(zhì)激素結(jié)合糖皮質(zhì)激素受體（glucocorticoidreceptor）。糖皮質(zhì)激素受體與其它受體如甲狀腺激素受體（thyroidhormonereceptor）和視黃酸受體（thyroidhormonereceptor），都是由配體活化的激活因子（ligand-activatedactivators）超家族的成員，其基本活化方式一致：只有在結(jié)合小分子配體后才有活性，如圖所示。Figure9.23類(lèi)固醇激素受體第一根“手指”右側(cè)的氨基酸（紫色）識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)，第二個(gè)“手指”左側(cè)的氨基酸（藍(lán)色）控制每個(gè)二聚體亞基識(shí)別靶點(diǎn)的間距。類(lèi)固醇激素受體以同型或異型二聚體形式結(jié)合DNA，其結(jié)合序列是回文結(jié)構(gòu)（倒轉(zhuǎn)重復(fù)）或正向重復(fù)，其中每個(gè)單體結(jié)合半個(gè)位點(diǎn)（ahalf-site）。

螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix,HTH）模體最初是在噬菌體阻遏蛋白的DNA結(jié)合域中發(fā)現(xiàn)的。C端一個(gè)α-helix是識(shí)別螺旋（recognitionhelix），位于DNA大溝；中間的螺旋以一定角度跨過(guò)DNA；N端臂位于DNA小溝，并形成額外的接觸。Figure9.24在同源結(jié)構(gòu)域存在相關(guān)的模體。同源[異型]域（homeodomain，HD）最早在果蠅中與發(fā)育調(diào)控有關(guān)的幾種蛋白中發(fā)現(xiàn)，這些蛋白由homeobox基因編碼，在人類(lèi)中由Hox基因編碼。有的同源異型蛋白是激活因子，有的是阻遏蛋白。HLH模體能夠使蛋白二聚化成同型或異性二聚體，靠近該模體的是一個(gè)堿性（basic）區(qū)域，負(fù)責(zé)結(jié)合DNA，（這類(lèi)蛋白呈bHLH蛋白）如圖所示。兩親性的螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix,HLH）模體存在于某些發(fā)育調(diào)控因子和真核DNA結(jié)合蛋白中。每個(gè)兩親性螺旋（amphipathichelix）都是一面是疏水殘基，另一面是帶電荷的殘基。連接兩螺旋的環(huán)的長(zhǎng)度約為12-28個(gè)氨基酸。Figure9.25并非所有HLH蛋白都有DNA結(jié)合域，其序列特異性非常依賴(lài)配偶體，在發(fā)育過(guò)程中，可通過(guò)更換配偶體形成另外的組合（進(jìn)而展現(xiàn)出不同的活性）。氨酸拉鏈能夠相互作用，形成二聚體，拉鏈二聚化遵循一定規(guī)則。與拉鏈緊鄰的是一段帶有正電荷殘基的序列，負(fù)責(zé)結(jié)合DNA，這稱(chēng)作bZIP（basiczipper）。亮氨酸拉鏈（leucinezippers），由一段兩親性α螺旋構(gòu)成，其中每第7個(gè)殘基的位置是一個(gè)亮氨酸（withaleucineresidueineveryseventhposition）。疏水基團(tuán)包括亮氨酸朝向一面，帶電基團(tuán)朝向另一面。兩條多肽中的亮Figure9.269.3.6染色質(zhì)重塑是一個(gè)活化過(guò)程關(guān)于DNA的表達(dá)狀態(tài)是怎樣轉(zhuǎn)換的，兩種模型進(jìn)行解釋?zhuān)浩胶夂筒贿B續(xù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。摘譯自GENESIX30.2&3,29.11;GENESX28.7,10.10下圖是平衡模型。相關(guān)的因素只有一個(gè)，即阻遏蛋白或激活因子的濃度，由它驅(qū)動(dòng)游離狀態(tài)與結(jié)合狀態(tài)的DNA之間的平衡。當(dāng)?shù)鞍诐舛茸銐蚋邥r(shí)，DNA結(jié)合狀態(tài)占優(yōu)勢(shì)，表達(dá)狀態(tài)受到相應(yīng)影響。Figure9.27平衡模型能解釋細(xì)菌的表達(dá)調(diào)控，因?yàn)槠浠虮磉_(dá)與否只由某個(gè)阻遏蛋白和某些激活因子決定。通過(guò)各種調(diào)節(jié)因子的總濃度可以預(yù)測(cè)細(xì)菌的某個(gè)基因是否轉(zhuǎn)錄，只要改變濃度就能相應(yīng)地改變表達(dá)狀態(tài)。大多數(shù)情況下，蛋白的結(jié)合是相互協(xié)調(diào)的，所以一旦濃度足夠高，就會(huì)快速結(jié)合DNA，導(dǎo)致基因表達(dá)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。真核生物染色體所處的情況就不同了，早期的體外實(shí)驗(yàn)顯示活性和非活性狀態(tài)都能建立，但都不受后續(xù)添加的成分的影響。TFIIIA（轉(zhuǎn)錄5SrRNA所需）在體外不能激活與組蛋白結(jié)合的靶基因；但在游離的DNA上，TFIIIA能形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，即使再加入組蛋白也不能抑制基因的表達(dá)。一旦因子結(jié)合，它就保持在結(jié)合位點(diǎn)，允許RNA聚合酶分子起始轉(zhuǎn)錄。那么，是這一因子還是組蛋白結(jié)合控制位點(diǎn)就成了關(guān)鍵因素。右圖說(shuō)明的是真核生物啟動(dòng)子可能出現(xiàn)的兩種狀態(tài)。非活性狀態(tài)下，有核小體存在，核小體阻止基礎(chǔ)因子和聚合酶結(jié)合活性狀態(tài)下，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置占據(jù)啟動(dòng)子，組蛋白八聚體不能結(jié)合。

每種狀態(tài)都是穩(wěn)定的。為結(jié)合基本因子，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)必須改變。Figure9.28

類(lèi)似的情景也見(jiàn)于TFIID之于RNApolII使用的啟動(dòng)子。在體外，RNApolII在TFIID等轉(zhuǎn)錄因子的幫助下，可轉(zhuǎn)錄一個(gè)含有腺病毒啟動(dòng)子的質(zhì)粒。通過(guò)添加組蛋白，可使模版形成核小體結(jié)構(gòu)，若在TFIID之前添加組蛋白，就不能起始轉(zhuǎn)錄了。但若先添加TFIID，模版在染色質(zhì)狀態(tài)仍能轉(zhuǎn)錄。所以，TFIID可以識(shí)別游離的DNA，但不能識(shí)別或作用于核小體DNA。只有TFIID是必須在組蛋白之前添加，其它的轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶可以在組蛋白之后添加。這表明TFIID結(jié)合啟動(dòng)子，形成了一種結(jié)構(gòu)，供其它轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。

必須注意到體外系統(tǒng)使用的各種成分并不成比例，形成一種非自然的狀況。所以上述結(jié)果的重要意義不在于它們表明了體內(nèi)的機(jī)制，而在于它證明了這樣的基本原理：轉(zhuǎn)錄因子或核小體可以形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，僅僅通過(guò)改變與游離成分之間的平衡，無(wú)法改變這種結(jié)構(gòu)。

染色質(zhì)狀態(tài)是穩(wěn)定的，難以通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)錄因子和組蛋白之間的平衡來(lái)改變。RNA聚合酶（500kD）比核小體（300kD）大許多，很難想象它沿核小體表面的DNA鏈行進(jìn)。電鏡觀察處于轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的不同基因，有時(shí)結(jié)果明顯矛盾，下面是兩種極端情況的比較。

高度活躍轉(zhuǎn)錄的rRNA基因上基本沒(méi)有核小體結(jié)構(gòu)，DNA完全伸展。Figure9.29

但有的時(shí)候正在轉(zhuǎn)錄的基因上仍然有核小體結(jié)構(gòu)。Figure9.30AnSV40minichromosome（微型染色體）canbetranscribed.對(duì)染色體進(jìn)行消化，檢測(cè)某些特異的基因，發(fā)現(xiàn)正在轉(zhuǎn)錄的基因與被轉(zhuǎn)錄的基因的核小體密度一樣。所以基因?yàn)榱宿D(zhuǎn)錄不必完全改變其組織形式。但處于普通轉(zhuǎn)錄水平的基因往往在任一時(shí)刻只有一個(gè)RNA聚合酶在用，所以上述結(jié)論不能反映聚合酶所處位點(diǎn)的實(shí)際情況?？赡苓@個(gè)位點(diǎn)還保有核小體，更可能核小體在聚合酶通過(guò)是暫時(shí)被取代，隨后立即重新形成。體外實(shí)驗(yàn)，T7噬菌體轉(zhuǎn)錄一段含有一個(gè)八聚體的一段DNA。轉(zhuǎn)錄過(guò)后，八聚體出現(xiàn)在DNA上另一個(gè)位置。Figure9.31

染色質(zhì)重塑（Chromatinremodeling）是指要轉(zhuǎn)錄的基因進(jìn)行活化時(shí)，發(fā)生的能量依賴(lài)的核小體的置換或重構(gòu)。

Chromatinremodelingdescribestheenergy-dependentdisplacementorreorganizationofnucleosomesthatoccursinconjunctionwithactivationofgenesfortranscription.

染色質(zhì)重塑是誘導(dǎo)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的普遍過(guò)程，是一種依賴(lài)能量的組蛋白取代機(jī)制。從染色質(zhì)上釋放組蛋白需要打破許多的蛋白-蛋白、蛋白-DNA相互接觸，所以必須有能量輸入。右圖是一個(gè)水解ATP的因子發(fā)揮作用的動(dòng)力學(xué)模型，當(dāng)八聚體從DNA上釋放，其它的蛋白（在此為轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶）結(jié)合上來(lái)。Figure9.32染色質(zhì)重塑時(shí)有幾種不同的類(lèi)型：組蛋白八聚體沿DNA滑動(dòng)，從而改變核酸與蛋白的關(guān)系。這改變核小體表面上特異序列的位置。組蛋白八聚體之間的間隔可能會(huì)改變，同樣導(dǎo)致特異序列的位置（相對(duì)于蛋白）發(fā)生變化。

最為廣泛的變化是一個(gè)或多個(gè)八聚體可能整個(gè)從DNA上被取代，形成一段無(wú)核小體的序列；或者是一個(gè)或兩個(gè)H2A-H2B二聚體被取代。從DNA上取代核小體核小體沿DNA滑動(dòng)調(diào)整核小體之間的距離染色質(zhì)重塑的類(lèi)型Figure9.33

染色質(zhì)重塑的主要作用在基因準(zhǔn)備轉(zhuǎn)錄時(shí)，改變其啟動(dòng)子處的核小體組織形式，這是轉(zhuǎn)錄裝置接近啟動(dòng)子所需要的。

染色質(zhì)重塑還能通過(guò)核小體移至（而不是移開(kāi)）關(guān)鍵啟動(dòng)子序列處，這樣，轉(zhuǎn)錄被阻止。

其它過(guò)程比如損傷DNA的修復(fù)也涉及染色質(zhì)處理，同樣也需要重塑。普遍的重塑方式就是取代一個(gè)或多個(gè)八聚體，這會(huì)形成對(duì)DNaseI超敏感的位點(diǎn)（因?yàn)檫@些位點(diǎn)失去了組蛋白的保護(hù)）。（這些位點(diǎn)同樣也對(duì)微球菌核酸酶（MNase）敏感，與重塑前相比，MNase酶切能產(chǎn)生的ladder的模式會(huì)發(fā)生改變）

有時(shí)重塑的變化不那么劇烈，比如只涉及單個(gè)核小體纏繞位置的變化，這可通過(guò)檢測(cè)DNaseI酶切生成的10bpladder的變化情況來(lái)判斷。所以重塑時(shí)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化有核小體位置輕微改變或被完全移除等形式。染色質(zhì)重塑是在一個(gè)很大的依賴(lài)ATP的重塑復(fù)合物的作用下完成的，它利用水解ATP產(chǎn)生的能量進(jìn)行重塑，這個(gè)復(fù)合物的核心是ATPase亞基。

所有重塑復(fù)合物的ATPase亞基都屬于一個(gè)超家族。這些超家族成員又進(jìn)一步分為亞家族（subfamily），其中的成員親緣關(guān)系更近。根據(jù)作為催化亞基的ATPase亞基所屬的亞家族把重塑復(fù)合物分成幾類(lèi)（含有相關(guān)ATPase亞基的復(fù)合物屬于一類(lèi)，其它亞基往往比較一致）。重塑復(fù)合物有許多亞家族，主要的有四種SWI/SNF、ISWI、CHD和INO/SWRI，如下圖所示。Figure9.34a,ISWIbINO/SWRICHDCHD1JMIZNuRDMi-2Tip60研究發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)重塑復(fù)合物是酵母中的（switch/sniff），在所有真核生物中都有其同源物。重塑復(fù)合物超家族很大而且種類(lèi)多樣，大多數(shù)生物的重塑復(fù)合物都不止一類(lèi)。酵母還有兩個(gè)SWI/SNF相關(guān)的和三個(gè)ISW（ISWstandsforimitationSWI）相關(guān)的重塑復(fù)合物。目前，在哺乳動(dòng)物中已鑒定出八種ISWI復(fù)合物。各類(lèi)重塑復(fù)合物大小不等，小至異形二聚體（ATPase和一個(gè)配偶體），大至10個(gè)或更多亞基。

各種類(lèi)型的復(fù)合物在不同范圍行使重塑活性。SWI/SNF重塑復(fù)合物的原型（prototypicremodelingcomplex），其功能是通過(guò)酵母突變體確定的（swi突變體不能發(fā)生接合型轉(zhuǎn)換，snf代表sucrosenonfermenting，不能利用蔗糖作為碳源）。SWI/SNF突變體的表型變化表現(xiàn)出多效性，其效應(yīng)類(lèi)似于RNApolII失去CTD尾巴。開(kāi)始認(rèn)為SWI/SNF與染色質(zhì)有關(guān)，是由于（其突變表型）與編碼染色體非組蛋白的SIN1或編碼H3的SIN2發(fā)生突變后的表型相關(guān)。SWI/SNF是多種基因表達(dá)所需的（啤酒酵母中~120或2%基因），這些基因需要SWI/SNF在啟動(dòng)子重塑染色質(zhì)。在體外，SWI/SNF能夠行使催化功能；每個(gè)酵母細(xì)胞中含有~150個(gè)SWI/SNF。所有編碼SWI/SNF亞基的基因都不是必不可少的，表明酵母還有重塑染色質(zhì)的其它手段。RSC（remodlesthestructureofchromatin）復(fù)合物表達(dá)量更豐富，且必不可少，它能作用于約700個(gè)基因。不同亞家族的重塑復(fù)合物作用模式不同。在體外實(shí)驗(yàn)中，SWI/SNF復(fù)合物能在不完全除去組蛋白的情況下重塑染色質(zhì)，也能取代八聚體。這兩種反應(yīng)可能都經(jīng)過(guò)相同的中間狀態(tài)——涉及的核小體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化——導(dǎo)致重構(gòu)的核小體在原來(lái)的DNA分子上重新形成，或取代八聚體使進(jìn)入其它DNA分子。